JP2013188980A - Three-dimensionally shaped article and three-dimensionally shaping method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元造形物及び3次元造形方法に関し、特に、展示や掲示する際に適した3次元造形物、及び、当該3次元造形物の造形方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional modeled object and a three-dimensional modeled method, and more particularly to a three-dimensional modeled object suitable for display or posting and a method for modeling the three-dimensional modeled object.
3次元の造形物を形成(造形)する方法として、3次元積層造形法(以下、単に「積層造形法」と記す)が知られている。積層造形法は、概略、造形の対象となる3次元造形物の3次元データに基づいて、当該3次元造形物を特定方向に層状に輪切りにした場合の各階層形状を示す階層データを生成し、各階層データに応じた形状にパターニングされた材料層を順次積み重ねていくことにより、3次元造形物を形成するものである。ここで、積層造形方法としては、例えば、光硬化性樹脂を用いる光造形法や、金属や樹脂の粉末を用いる粉末積層法、溶融させた樹脂を堆積させる溶融樹脂堆積法、紙やプラスチックシート又は金属薄板を積層する薄板積層法等が知られている。このような積層造形方法のうち、粉末積層法については例えば特許文献1に詳しく記載されている。
As a method for forming (modeling) a three-dimensional modeled object, a three-dimensional layered modeling method (hereinafter simply referred to as “layered modeling method”) is known. The layered modeling method generates hierarchical data indicating each hierarchical shape when the three-dimensional structure is cut into layers in a specific direction on the basis of the three-dimensional data of the three-dimensional structure to be modeled. A three-dimensional structure is formed by sequentially stacking material layers patterned in a shape corresponding to each hierarchical data. Here, as the layered modeling method, for example, an optical modeling method using a photocurable resin, a powder layering method using a metal or resin powder, a molten resin deposition method for depositing a molten resin, paper or plastic sheet or A thin plate lamination method for laminating metal thin plates is known. Among such layered manufacturing methods, the powder layering method is described in detail in
これらの積層造形法は、3次元のCAD(computer aided design;コンピュータ支援設計)データから直接3次元造形物を製造することができるので、設計や製造現場における3次元CADの普及や活用に伴って急速に普及してきた技術である。 These additive manufacturing methods can manufacture 3D objects directly from 3D CAD (computer aided design) data, so that 3D CAD is widely used and used in design and manufacturing sites. This is a technology that has been rapidly spreading.
上述した各種の積層造形法のうち、粉末積層法は、粉末材料をステージ上面に薄く拡げ、上述した階層データに対応する領域の粉末材料を、バインダ(結合剤)や熱、光硬化物質等により硬化(結合)させて1層分の材料層からなる結合体を形成する工程を、上方に積層しながら繰り返すことにより3次元造形物を形成するものである。この粉末積層法においては、積層された粉末材料の中に3次元造形物が積層されながら形成されていく。したがって、例えば重心の偏った3次元造形物やオーバーハング部分は周辺の未硬化(未結合)の粉末材料により支えられるので、積層造形中に3次元造形物の転倒や損傷を防止するための支持部材や特殊な手法を必要とせず、3次元造形物の形成後に未硬化の粉末材料を除去することにより、簡易かつ良好に3次元造形物を形成することができる、という特長を有している。特に、各層の結合体を形成し、当該結合体相互を各層間で接合(固着)させるための手法として、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドから上記のバインダを吐出するインクジェット方式を適用することにより、既に確立されたインクジェットプリンタ技術を用いて、簡易かつ良好に3次元造形物を形成することができる。 Among the various additive manufacturing methods described above, the powder lamination method is a method in which the powder material is thinly spread on the upper surface of the stage, and the powder material in the region corresponding to the hierarchical data described above is bonded with a binder (binder), heat, a photocuring substance, or the like. A three-dimensional structure is formed by repeating the process of curing (bonding) and forming a combined body composed of one material layer while being laminated upward. In this powder lamination method, a three-dimensional structure is formed while being laminated in a laminated powder material. Therefore, for example, a three-dimensional structure with a biased center of gravity or an overhang portion is supported by the surrounding uncured (unbonded) powder material, and thus support for preventing the three-dimensional structure from being overturned or damaged during additive manufacturing. There is a feature that a three-dimensional structure can be formed easily and satisfactorily by removing uncured powder material after the formation of the three-dimensional structure without the need for members or special techniques. . In particular, by applying an inkjet method in which the binder is discharged from a printer head used in an inkjet printer, as a technique for forming a bonded body of each layer and bonding (fixing) the bonded bodies together between the layers, A three-dimensional structure can be easily and satisfactorily formed using the already established inkjet printer technology.
しかしながら、上述したような積層造形法により形成される3次元造形物を、台等に配置する際には、次のような問題を有している。すなわち、上述した立体物の形状を模した造形物の場合、上述した粉末積層法等を用いることにより、当該造形物の重心が偏っていたりオーバーハング部分が存在する場合、重心の偏りにより3次元造形物の転倒や傾きが生じて、破損したり所望の展示状態を実現することができないという問題を有していた。 However, when a three-dimensional structure formed by the layered manufacturing method as described above is arranged on a table or the like, the following problems are encountered. That is, in the case of a modeled object that simulates the shape of the three-dimensional object described above, by using the above-described powder lamination method or the like, if the center of gravity of the modeled object is biased or there is an overhang portion, the three-dimensional There has been a problem that a fall or inclination of the modeled object occurs, and the desired display state cannot be realized.
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、3次元造形物を配置する場合に、転倒や傾きを防止できる3次元造形物、及び、当該3次元造形物の造形方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems, the present invention aims to provide a three-dimensional structure that can prevent overturning and tilting when a three-dimensional structure is arranged, and a method for forming the three-dimensional structure. And
本発明に係る3次元造形物は、
3次元造形物において、
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする。
The three-dimensional structure according to the present invention is
In 3D objects,
One side is a flat base, and
A three-dimensional structure formed integrally with the same material as the base on the one surface side of the base,
A balance adjusting portion provided on the other surface side of the base portion which is the installation surface side;
Have
The balance adjusting unit is configured such that the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base is compared with the case where the balance adjusting unit is not provided. It is set so that it may approach the center part of a base part.
本発明に係る3次元造形方法は、
3次元造形方法において、
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする。
The three-dimensional modeling method according to the present invention is:
In the 3D modeling method,
The one surface side forms a flat plate-like base portion, and the three-dimensional modeling portion of the same material as the base portion on the one surface side of the base portion,
On the other surface side of the base portion that is the installation surface side, a position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion is provided with a balance adjustment unit. The balance adjusting portion is formed so as to be closer to the center portion of the base portion than in the case where the base portion is not.
本発明によれば、3次元造形物を配置する場合に、転倒や傾きを防止できる。 According to the present invention, when a three-dimensional structure is arranged, it is possible to prevent a fall or inclination.
以下、本発明に係る3次元造形物及び3次元造形方法並びにプログラムについて、実施形態を示して詳しく説明する。
<第1の実施形態>
(3次元造形物)
まず、本発明に係る3次元造形物について説明する。
Hereinafter, a three-dimensional structure, a three-dimensional structure forming method, and a program according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments.
<First Embodiment>
(3D objects)
First, the three-dimensional structure according to the present invention will be described.
図1は、本発明に係る3次元造形物の第1の実施形態を示す概略構成図である。図1(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図1(b)は、図1(a)に示す3次元造形物におけるIB−IB線(本明細書においては図1(a)中に示したローマ数字の「1」に対応する記号として便宜的に「I」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a three-dimensional structure according to the present invention. Fig.1 (a) is a perspective view which shows schematic structure of the three-dimensional structure based on this embodiment, FIG.1 (b) is the IB-IB line | wire in the three-dimensional structure shown to Fig.1 (a) ( In this specification, “I” is used as a symbol corresponding to the Roman numeral “1” shown in FIG. 1A for the sake of convenience.) FIG.
本発明に係る3次元造形物の第1の実施形態は、例えば図1(a)に示すように、概略、人や動物、物品等の立体物の形状を模した立体造形部10A、10Bと、当該立体造形部10A、10Bが離間して図面上面側(一面側)の任意の領域に設けられた基底部20と、を有している。ここで、立体造形部10A、10B及び基底部20は、上述した積層造形法を用いて同一の積層材料により一体的に形成されている。なお、図1(a)、(b)においては、説明及び図示を簡明にするために、例えば、立体造形部10A、10Bは各面が平面の多面体形状を有し、矩形状の平板構造を有する基底部20の上面から特定の延在方向に突出するように設けられている場合を示す。
The first embodiment of the three-dimensional structure according to the present invention includes, for example, a three-
具体的には、図1(a)、(b)に示すように、立体造形部10Aは、その側面の面方向と例えば基底部20の上面の面方向とのなす角θが鋭角となるように基底部20の外側に向かう方向に突出し、かつ、その突出量(容積、突出寸法や形状)が立体造形部10Bに比較して大きい。一方、立体造形部10Bは、例えば基底部20の上面に対して略垂直方向に突出し、かつ、その突出量が立体造形部10Aに比較して容積が小さい形状を有している。すなわち、これらの立体造形部10A、10Bは、同じ材料で形成されているため、それぞれの容積に比した重量には差があり、重量バランスの均衡がとれてなく、また立体造形部10A、10B全体として重心の位置が3次元造形物の中央部に対してずれた形状を有している。このように立体造形部10A、10Bの重心の偏りのために、立体造形部10A、10Bだけでみると、A方向に転倒する恐れがある。
Specifically, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, the three-
また、基底部20は、上面側に一体的に形成された立体造形部10A、10Bを、例えば水平な台や床面等の設置面HL上の所定の位置に展示や陳列のために配置させるために、所定の広がり(又は面積)を有する平板状の構造を有している。ここで、基底部20の図面下面側(他面側)は、直接設置面HLに接し、例えば図1(a)、(b)に示すように、当該下面側には、当該基底部20の周縁部21を除く略全域に肉薄部となる凹部22が設けられている。周縁部21は、凹部22を囲むように下面側に突出されている。すなわち、この凹部22は、基底部20の厚み(上面と下面間の寸法)よりも浅いザグリ状の形状を有している。また、この凹部22内には、上述した立体造形部10A、10Bにおける重心の偏りを相殺又は軽減するための肉厚部からなるバランス調整部23が設けられている。ここで、バランス調整部23は、基底部20及び立体造形部10A、10Bと同一の材料により同時かつ一体的に形成されているとともに、凹部22の深さと同等、もしくは、当該深さよりも薄く形成されて、基底部20の下面から突出しないように構成されている。つまり、バランス調整部23は、周縁部21が設置面HLに常に接触していることを阻害しないように周縁部21より下側に突出していない。
Further, the
なお、バランス調整部23の設定方法については詳しく後述する。概念的には、図4(a)に示すように、バランス調整部23を除く、基底部20並びに当該基底部20の上面に一体的に形成された全ての立体造形部10A、10Bで構成された3次元造形物の、図1(a)、(b)の上方から基底部20を平面視した重心の位置Pcが、例えば基底部20に対応する領域外に配置されるのに対し、図4(b)に示すように、バランス調整部23が設けられた基底部20並びに当該基底部20の上面に一体的に形成された全ての立体造形部10A、10Bで構成された3次元造形物の、図1(a)、(b)の上方から基底部20を平面視した重心の位置Pcが、重心位置の偏りによって3次元造形物が転倒しないよう、例えば基底部20に対応する領域の内部(範囲内)に存在するように、バランス調整部23の設置位置や平面的な広がり(面積や平面形状)、厚み等が設定される。
The setting method of the
(3次元造形方法)
次に、上述した3次元造形物を形成する方法(3次元造形方法)について説明する。
図2は、本実施形態に係る3次元造形物の造形方法の一例を示すフローチャートである。図3は、本実施形態に係る3次元造形方法における3次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法の一例を示すフローチャートである。図4は、本実施形態に係る3次元データ準備工程に適用されるバランス調整方法を説明するための概念図である。図4(a)は、本実施形態に係るバランス調整部を設定する前の3次元造形物を示す概略平面図であり、図4(b)は、本実施形態に係るバランス調整部の設定方法を示す概略平面図である。図5は、本実施形態に係る3次元造形方法における積層造形工程の一例を示すフローチャートである。図6〜図8は、本実施形態に係る積層造形工程における基底部及び立体造形部の形成状態を示す概略工程図である。なお、ここでは、積層造形工程において、上述した粉末積層法を適用して、基底部及び立体造形部を形成する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した光造形法や薄板積層法等、各種の積層造形法を適用するものであってもよいことは言うまでもない。
(Three-dimensional modeling method)
Next, a method (three-dimensional modeling method) for forming the above-described three-dimensional model will be described.
FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of a method for modeling a three-dimensional structure according to the present embodiment. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a balance adjustment method applied to the three-dimensional data preparation process in the three-dimensional modeling method according to the present embodiment. FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a balance adjustment method applied to the three-dimensional data preparation process according to the present embodiment. Fig.4 (a) is a schematic plan view which shows the three-dimensional structure before setting the balance adjustment part which concerns on this embodiment, FIG.4 (b) is the setting method of the balance adjustment part which concerns on this embodiment. It is a schematic plan view which shows. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a layered modeling process in the three-dimensional modeling method according to the present embodiment. 6 to 8 are schematic process diagrams showing the formation state of the base part and the three-dimensional modeled part in the layered modeling process according to the present embodiment. Here, in the additive manufacturing process, a case where the above-described powder lamination method is applied to form the base part and the three-dimensional object part will be described, but the present invention is not limited to this, and the above-described light It goes without saying that various additive manufacturing methods such as a forming method and a thin plate stacking method may be applied.
本実施形態に係る3次元造形方法は、例えば図2に示すように、概略、3次元データ準備工程(S101)と、階層データ生成工程(S102)と、積層造形工程(S103)と、粉末除去工程(S104)と、を有している。本実施形態においては、3次元データ準備工程において、上述した立体造形部10A、10B及び基底部20からなる3次元造形物の3次元データに基づいて、3次元造形物全体の重心位置を算出し、当該3次元造形物を展示や陳列する際に自立が可能になるように、基底部20の下面側にバランス調整部23が設けられた凹部22を形成する。
As shown in FIG. 2, for example, the three-dimensional modeling method according to the present embodiment is roughly a three-dimensional data preparation step (S101), a hierarchical data generation step (S102), a layered modeling step (S103), and powder removal. And (S104). In the present embodiment, in the three-dimensional data preparation step, the center of gravity position of the entire three-dimensional structure is calculated based on the three-dimensional data of the three-dimensional structure including the three-
まず、3次元データ準備工程(S101)においては、積層造形工程(S103)において造形の対象となる3次元造形物の3次元CADデータを準備する。この3次元CADデータにより規定される基底部20は、下面側に予め凹部22が形成されているものであってもよいし、当該凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなるものであってもよい。ここで、この3次元データ準備工程(S101)は、例えば図3に示すように、重心位置算出ステップ(S111)と、バランス判断ステップ(S112)と、バランス調整ステップ(S113)と、3次元データ修正ステップ(S114)と、を有している。
First, in the three-dimensional data preparation step (S101), three-dimensional CAD data of a three-dimensional structure to be modeled is prepared in the layered modeling step (S103). The
まず、重心位置算出ステップ(S111)においては、準備した3次元CADデータに基づいて、3次元造形物の立体造形部10A、10B及び基底部20の重心を算出する。ここでは、基底部20からの各立体造形部10A、10Bの延在方向や突出量、基底部20の厚みや面積等に基づいて、各部の重心を個別に算出する。さらに、算出された各重心を各部の配置位置等を考慮して合成し、3次元造形物全体の重心位置を算出する。
First, in the center-of-gravity position calculation step (S111), the center of gravity of the three-
次いで、バランス判断ステップ(S112)においては、上記の算出された重心位置が、当該3次元造形物が自立することができる領域内にあるか否かを判断する。具体的には、図4(a)に示すように、3次元造形物を基底部20の上面側(立体造形部10A、10Bが形成された面側)から平面視した場合に、例えば基底部20に対応する領域内に上記重心位置Pcが存在するか否かを判断し、重心位置Pcが当該領域外に存在する場合には、重心の偏りにより3次元造形物全体が転倒や傾き、あるいは、設置面HLからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
Next, in the balance determination step (S112), it is determined whether or not the calculated center of gravity is within an area where the three-dimensional structure can stand on its own. Specifically, as shown in FIG. 4A, when the three-dimensional structure is viewed in plan view from the upper surface side (surface side on which the three-
ここで、本実施形態においては、バランス判断の基準として、3次元造形物の重心位置Pcが基底部20に対応する領域内に存在するか否かという点を一例として示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、3次元造形物が自立可能か否かは、基底部20の厚みや面積、各立体造形部10A、10Bの突出形状や配置位置、3次元造形物の重量等、種々の条件の影響を受ける。つまり、バランス調整部23がない場合の3次元造形物の重心位置Pcに対してバランス調整部23がある場合の3次元造形物の重心位置Pcが、より3次元造形物の中央部に近づくよう設定されることによって3次元造形物が実質的に自立可能であれば、重心位置Pcが3次元造形物の中心に位置していなくてもよい。
Here, in the present embodiment, as a reference for determining the balance, the point of whether or not the center of gravity position Pc of the three-dimensional structure is present in the region corresponding to the
次いで、バランス調整ステップ(S113)においては、図4(a)に示したように、上記重心位置Pcが基底部20に対応する領域外に存在し、不安定な場合、すなわち、3次元造形物が自立することができない場合には、図4(b)に示すように、当該重心位置Pcが基底部20に対応する領域内に入る(移動させる)ようにバランス調整部23を設ける。ここで、バランス調整部23は、図4(a)に示すように、基底部20の下面側に予め凹部22が設けられている場合には、当該凹部22内であって、かつ、重心位置Pcを移動させる方向側(すなわち、図4(b)の左方側)の領域に、所定の平面的な広がり(面積や平面形状)及び厚みを有する肉厚部を設定する。図1(a)、図4(b)では、凹部22内の図面左方側の略全域に、矩形状の平面形状を有する肉厚部からなるバランス調整部23を設定した場合を示す。
Next, in the balance adjustment step (S113), as shown in FIG. 4A, when the center of gravity Pc is outside the region corresponding to the
一方、基底部20の下面側に凹部22が設けられていない場合には、図1、図4(b)に示すように、当該下面側の周縁部21を除く略全域に肉薄部となる凹部22を設定し、さらに、当該凹部22内であって、かつ、重心位置Pcを移動させる方向側(図面左方側)の領域に、所定の平面的な広がり(面積や平面形状)及び厚みを有する肉厚部からなるバランス調整部23を設定する。
On the other hand, when the
このバランス調整部23の形状を規定する平面的な広がり及び厚みは、図4(b)に示したように、基底部20に対応する領域外に存在する重心位置Pcを、当該領域内に入るように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、3次元造形物は自立不可能な状態から自立可能な状態に重量バランスが調整される。また、バランス調整部23を基底部20の下面側の凹部22内に設けることにより、基底部20の上面に立体造形部10A、10Bが設けられた3次元造形物の外観に影響を与えることがない。また、バランス調整部23の厚みを、凹部22の深さと同等、もしくは、それ以下に設定することにより、基底部20が設置面HLから浮き上がることがなく、良好に接触する。
As shown in FIG. 4B, the planar spread and thickness defining the shape of the
このように、重心位置Pcに応じて、基底部20の下面側の凹部22内に設けられるバランス調整部23の設置位置や平面的な広がり、厚みが設定された(すなわち、重心位置を考慮した)3次元造形物の全体像は、例えば3次元の立体画像として、あるいは、上下左右の各面、及び、正面、背面の6面図からなる2次元画像として、モニタ等に表示される。これにより、ユーザは上述したバランス調整ステップにより設定されたバランス調整部23の付加状態を確認することができる。
Thus, according to the center of gravity position Pc, the installation position, planar spread, and thickness of the
次いで、3次元データ修正ステップ(S114)においては、上述したバランス調整ステップによりバランス調整部23が設定された3次元造形物について、ユーザがモニタ等に表示された3次元又は2次元画像を確認して、当該3次元造形物の修正の可否を判断する。そして、ユーザが修正を承認する指示を行うことにより、元の3次元CADデータが上記のバランス調整部が付加された3次元造形物に対応するように修正される。
Next, in the three-dimensional data correction step (S114), the user confirms the three-dimensional or two-dimensional image displayed on the monitor or the like for the three-dimensional structure in which the
また、この3次元データ準備工程(S101)においては、3次元造形物を構成する粉末材料、及び、当該粉末材料を結合して硬化させるためのバインダ(結合剤)を準備する。本実施形態に係る粉末積層法を用いた3次元造形方法においては、粉末材料として例えばα石膏等の石膏やデンプン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等の樹脂の粉末を適用することができ、バインダは、粉末材料自体が硬化反応するための触媒が含まれていてもよく、この場合、粉末材料が石膏であると硫酸塩が好適である。またバインダは、樹脂系の接着剤を適用してもよい。ここで結合とは化学的な結合或いは物理的な接着の少なくともいずれかを含む。 In the three-dimensional data preparation step (S101), a powder material constituting the three-dimensional structure and a binder (binder) for bonding and curing the powder material are prepared. In the three-dimensional modeling method using the powder laminating method according to the present embodiment, it is possible to apply gypsum such as α gypsum and resin powder such as starch, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, nylon as the powder material, The binder may contain a catalyst for allowing the powder material itself to undergo a curing reaction. In this case, a sulfate is preferable when the powder material is gypsum. The binder may be a resin adhesive. Here, the bonding includes at least one of chemical bonding and physical bonding.
次いで、階層データ生成工程(S102)においては、上述した3次元データ準備工程(S101)において修正された3次元CADデータに基づいて、3次元造形物を形成する際の造形ステージの上面を基準面として、当該基準面に平行な平面で3次元造形物を複数の階層に輪切りにした(分割した)場合の、輪切りにされた各階層の断面形状データを生成する。 Next, in the hierarchical data generation step (S102), the upper surface of the modeling stage when forming the three-dimensional structure is based on the three-dimensional CAD data corrected in the three-dimensional data preparation step (S101) described above. As described above, the cross-sectional shape data of each layer that has been cut into circles is generated when the three-dimensional structure is cut into a plurality of layers in a plane parallel to the reference plane.
次いで、積層造形工程(S103)は、例えば図5に示すように、粉末材料層形成ステップ(S211)と、結合体形成ステップ(S212)と、結合体積層ステップ(S213)と、を有している。 Next, as shown in FIG. 5, for example, the additive manufacturing process (S103) includes a powder material layer forming step (S211), a combined body forming step (S212), and a combined body stacking step (S213). Yes.
まず、粉末材料層形成ステップ(S211)においては、図6(a)に示すように、3次元造形装置の造形ステージ110の上面に粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、1層分(すなわち、第1階層)の粉末材料層11−1を形成する。ここで、1層分の粉末材料層11−1の厚みは、例えば0.1mm程度又はそれ以上に設定される。
First, in the powder material layer forming step (S211), as shown in FIG. 6A, the powder material is spread thinly and uniformly on the upper surface of the
次いで、結合体形成ステップ(S212)においては、上記修正された3次元CADデータから生成された各階層の断面形状データに基づいて、粉末材料層11−1を選択的に硬化させて、当該層に3次元造形物の断面形状に対応する結合体を形成する。具体的には、図6(b)に示すように、断面形状データのうち、造形ステージ110の上面を基準面として、当該基準面側から1層目となる第1階層の断面形状データに基づいて、バインダ吐出部120を走査させつつ、当該バインダ吐出部120から第1階層の粉末材料層11−1の、当該断面形状データに対応する領域にバインダ121を吐出して浸透させる。すなわち、粉末材料層11−1に3次元造形物の第1階層の断面形状が、滴下されたバインダ121で描画される。なお、このバインダ吐出部120は、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドと同等の吐出機構を備えている。
Next, in the combined body formation step (S212), the powder material layer 11-1 is selectively hardened based on the cross-sectional shape data of each layer generated from the corrected three-dimensional CAD data, and the layer A combined body corresponding to the cross-sectional shape of the three-dimensional structure is formed. Specifically, as shown in FIG. 6B, based on the cross-sectional shape data of the first layer, which is the first layer from the reference surface side, with the upper surface of the
そして、このバインダ121が硬化することにより、図6(c)に示すように、バインダ121が浸透した領域の粉末材料層11−1の粉末材料が結合して硬化し、3次元造形物の第1階層の断面形状に対応する結合体21−1が形成される。ここで形成された3次元造形物の第1階層の結合体21−1は、例えば図1に示した3次元造形物の基底部20の周縁部21の最下層(1層目)に相当する。
Then, as the
次いで、結合体積層ステップ(S213)においては、上記の粉末材料層形成ステップ(S211)及び結合体形成ステップ(S212)を繰り返すことにより、各階層の粉末材料層に形成された結合体を積層して3次元造形物を形成する。具体的には、図6(d)に示すように、造形ステージ110上の第1階層の粉末材料層11−1の上面に、粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、第2階層の粉末材料層11−2を形成する。
Next, in the bonded body stacking step (S213), the above-described powder material layer forming step (S211) and combined body forming step (S212) are repeated to stack the bonded bodies formed in the powder material layers of the respective layers. To form a three-dimensional structure. Specifically, as shown in FIG. 6D, the powder material is spread thinly and uniformly on the upper surface of the first level powder material layer 11-1 on the
次いで、図6(e)に示すように、断面形状データのうち、上記基準面側から2層目となる第2階層の断面形状データに基づいて、バインダ吐出部120を走査させつつ、第2階層の粉末材料層11−2の、当該断面形状データに対応する領域にバインダ121を吐出して浸透させる。このバインダ121が硬化することにより、図7(a)に示すように、バインダ121が浸透した領域の粉末材料層11−2の粉末材料が結合して硬化し、3次元造形物の第2階層の断面形状に対応する結合体21−2、23−2が形成される。ここで形成された3次元造形物の第2階層の結合体21−2は、図1に示した基底部20の周縁部21の2層目に相当し、また、結合体23−2は、図1に示した基底部20のバランス調整部23の最下層(1層目)に相当する。
Next, as shown in FIG. 6E, the second part of the cross-sectional shape data is scanned while the
このとき、図面上方から造形ステージ110を平面視して、第1階層の粉末材料層11−1に形成された結合体21−1に平面的に重なる領域に形成された第2階層の粉末材料層11−2の結合体21−2は、滴下されたバインダ121が第1階層の結合体21−1にも到達することにより、当該第1階層の結合体21−1に接合した状態で硬化する。すなわち、下層の結合体とその上層の結合体が平面的に重なるように形成された領域では、上層及び下層の結合体は結果的に一体の結合体として形成される。
At this time, when the
このような結合体積層ステップ(S213)を繰り返すことにより、例えば図7(b)、図7(c)に示すように、3次元造形物の基底部20の第1階層から最上階層(図では第4階層)までの断面形状データに基づいて、粉末材料層11−1〜11−4中に、周縁部21を構成する結合体21−1〜21−3、バランス調整部23を構成する結合体23−2〜23−3、及び、上面部を構成する結合体21−4からなる基底部20が一体的に積層形成される。このとき、周縁部21を構成する結合体21−1〜21−3及び上面部を構成する結合体21−4により囲まれた空間が、基底部20の下面側に設けられる凹部22を構成する。
By repeating such a combined body stacking step (S213), for example, as shown in FIGS. 7B and 7C, the first layer to the top layer (in the figure, the
さらに、上記と同様の結合体積層ステップ(S213)を繰り返すことにより、例えば図7(d)〜図8(b)に示すように、3次元造形物の立体造形部10A、10Bの第1階層から最上階層までの断面形状データに基づいて、粉末材料層11−5〜11−E中に、立体造形部10Aを構成する結合体10A−1〜10A−E、及び、立体造形部10Bを構成する結合体10B−1〜10B−Eが基底部20の上面に一体的に積層形成される。
Furthermore, by repeating the same combination stacking step (S213) as described above, for example, as shown in FIGS. 7D to 8B, the first layer of the three-
このように、積層造形工程(S103)の各ステップにより、図8(b)に示すように、造形ステージ110上に積層された粉末材料101中に、硬化された粉末材料101により、立体造形部10A、10B及び基底部20からなる3次元造形物が形成される。このとき、形成された3次元造形物は、造形ステージ110上に積層された粉末材料層11−1〜11−Eからなる粉末材料101中に埋め込まれた状態で形成され、周囲に未硬化の粉末材料101が充填されて支えられているので、3次元造形物の重心が偏っている場合やオーバーハング部分が存在する場合であっても、転倒や損傷が防止される。
In this way, by each step of the layered modeling process (S103), as shown in FIG. 8B, the three-dimensional modeled portion is formed by the hardened powder material 101 in the powder material 101 laminated on the
次いで、粉末除去・取出工程(S104)においては、造形ステージ110上に積層された未硬化の粉末材料101を除去して、露出した3次元造形物を取り出す。具体的には、図8(c)に示すように、例えば造形ステージ110に設けられた粉末排出口(図示を省略)から、粉末材料101を吸引して排出し、造形ステージ110上から粉末材料101がすべて除去された後、あるいは、造形ステージ110上から粉末材料101を除去しつつ、露出した3次元造形物を造形ステージ110上から取り出す。
Next, in the powder removal / removal step (S104), the uncured powder material 101 laminated on the
なお、本実施形態においては、造形ステージ110上の粉末材料101を除去する方法として、造形ステージ110に設けられた粉末排出口を介して排出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば粉末材料101を風圧で吹き飛ばしたり、音波振動により除去するものであってもよい。
In the present embodiment, as a method of removing the powder material 101 on the
上述した3次元造形物及び3次元造形方法によれば、次のような作用効果が得られる。
図9は、本実施形態に係る3次元造形物及び3次元造形方法の作用効果を説明するための第1の比較対象例を示す概略構成図である。図9(a)は、第1の比較対象例を示す斜視図であり、図9(b)は、第1の比較対象例における重心位置を説明するための概念図であり、図9(c)は、図9(a)に示す3次元造形物におけるIXC−IXC線(本明細書においては図9(a)中に示したローマ数字の「9」に対応する記号として便宜的に「IX」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。ここでは、説明を簡便にするために、本実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
According to the three-dimensional structure and the three-dimensional structure method described above, the following effects can be obtained.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a first comparative example for explaining the operational effects of the three-dimensional structure and the three-dimensional structure method according to the present embodiment. FIG. 9A is a perspective view showing a first comparison target example, and FIG. 9B is a conceptual diagram for explaining the center-of-gravity position in the first comparison target example. IXC-IXC line in the three-dimensional structure shown in FIG. 9A (in this specification, “IX” is conveniently used as a symbol corresponding to the Roman numeral “9” shown in FIG. 9A). Is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure along the line. Here, in order to simplify the description, the same components as those in the present embodiment will be described with the same reference numerals.
例えば図9(a)に示すように、上述した本実施形態と同等の外観を有する3次元造形物(第1の比較対象例)において、基底部20Pの下面側に凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなる場合や、図4(a)に示したように、基底部20の下面側に凹部22のみが設けられている場合について検証する。この場合、3次元造形物を基底部20、20Pの上面側から平面視した場合の重心位置Pcが、図4(a)、図9(b)に示すように、基底部20、20Pに対応する領域の外部に存在すると、図9(c)に示すように、重心の偏りにより3次元造形物が転倒したり傾いたり、あるいは、基底部20Pが設置面HLから浮き上がる等の問題が生じる可能性がある。
For example, as shown in FIG. 9A, in the three-dimensional structure (first comparative example) having the same appearance as the above-described embodiment, no recess is provided on the lower surface side of the
これに対して、本実施形態においては、図1に示したように、3次元造形物の基底部20の下面側に設けられた凹部22内に肉厚部からなるバランス調整部23を設けて、図4(b)に示したように、3次元造形物全体の重心位置Pcを当該基底部20に対応する領域内に入るように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、3次元造形物の転倒や傾き、設置面HLからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、3次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、3次元造形方法において、バランス調整部23を付加するように3次元CADデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the
図10は、本実施形態に係る3次元造形物の他の構成例を示す概念構成図である。図10(a)は、本構成例に係る3次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図10(b)は、本構成例におけるバランス調整方法を説明するための概念図であり、図10(c)は、図10(a)に示す3次元造形物におけるXC−XC線(本明細書においては図10(a)中に示したローマ数字の「10」に対応する記号として便宜的に「X」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。ここで、上述した第1の実施形態(図1、図4参照)と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。 FIG. 10 is a conceptual configuration diagram illustrating another configuration example of the three-dimensional structure according to the present embodiment. FIG. 10A is a perspective view showing a schematic configuration of a three-dimensional structure according to this configuration example, and FIG. 10B is a conceptual diagram for explaining a balance adjustment method in this configuration example. FIG. 10C is an XC-XC line in the three-dimensional structure shown in FIG. 10A (in this specification, as a symbol corresponding to the Roman numeral “10” shown in FIG. 10A). 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure along the line “X”. Here, components equivalent to those in the first embodiment described above (see FIGS. 1 and 4) will be described with the same reference numerals.
上述した第1の実施形態(図1参照)においては、図4(b)に示したように、3次元造形物全体の重心位置Pcを基底部20に対応する領域内に入るように移動させるために、図1、図4(b)に示すように、当該基底部20の下面側に設けられた凹部22内に肉厚部からなるバランス調整部23を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、3次元造形物全体の重心位置Pcを基底部20に対応する領域内に移動させる構成であればよく、例えば図10に示すように、基底部20に対して重心位置Pcが存在する側(図面右方側)の、当該基底部20の下面側に、所定の平面的な広がり(平面形状)及び深さを有する凹部22を設け、設置面HLに接する周縁部21と突出している高さが等しいバランス調整部23が設けられているものであってもよい。ここで、この凹部22は、基底部20の他の領域の厚みに比較して肉薄部となる。この場合においても、3次元造形物全体の重心位置Pcを当該基底部20に対応する領域内に入るように移動させることができるので、重心の偏りを相殺又は軽減することができ、3次元造形物の転倒や傾き、設置面HLからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、バランス調整部23が設置面HLに接触することでより設置面HLとの接触面積が大きくなり、安定している。
In the first embodiment described above (see FIG. 1), as shown in FIG. 4B, the center of gravity position Pc of the entire three-dimensional structure is moved so as to fall within the region corresponding to the
<第2の実施形態>
次に、本発明に係る3次元造形物の第2の実施形態について説明する。
上述した第1の実施形態においては、水平面からなる設置面HLに基底部20の下面側が接するように設置して、3次元造形物を展示や陳列する場合について説明した。第2の実施形態に係る3次元造形物は、壁面等の垂直面に展示又は掲示する構成を有している。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the three-dimensional structure according to the present invention will be described.
In 1st Embodiment mentioned above, it installed so that the lower surface side of the
図11は、本発明に係る3次元造形物の第2の実施形態を示す概略構成図である。図11(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の展示状態を示す斜視図であり、図11(b)は、本実施形態に係る3次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図11(c)は、図11(b)に示す3次元造形物におけるXIC−XIC線(本明細書においては図11(b)中に示したローマ数字の「11」に対応する記号として便宜的に「XI」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。図12は、本実施形態に係る3次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。図12(a)は、本実施形態に係るバランス調整部を設定する前の3次元造形物を示す概略平面図であり、図12(b)は、本実施形態に係るバランス調整部の設定方法を示す概略平面図である。なお、上述した第1の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。 FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the three-dimensional structure according to the present invention. Fig.11 (a) is a perspective view which shows the display state of the three-dimensional structure based on this embodiment, FIG.11 (b) is a perspective view which shows schematic structure of the three-dimensional structure based on this embodiment. FIG. 11 (c) shows the XIC-XIC line in the three-dimensional structure shown in FIG. 11 (b) (in this specification, the symbol corresponding to the Roman numeral “11” shown in FIG. 11 (b)). For convenience, “XI” is used for the sake of convenience.). FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining a balance adjustment method in the three-dimensional structure according to the present embodiment. FIG. 12A is a schematic plan view showing a three-dimensional structure before setting the balance adjustment unit according to this embodiment, and FIG. 12B is a setting method of the balance adjustment unit according to this embodiment. It is a schematic plan view which shows. In addition, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.
本発明に係る3次元造形物の第2の実施形態は、図11(a)に示すように、当該3次元造形物が額縁30やフレームに組み込まれた(額装された)状態で、壁面等の垂直面に展示又は掲示される。ここで、3次元造形物は、図11(b)、(c)に示すように、矩形状の平板構造を有する基底部20の図面上面側(一面側)の任意の領域に、レリーフ(浮き彫り)状の突出形状を有する立体造形部10C、10Dが離間して設けられている。また、各立体造形部10C、10Dは、基底部20と同一の材料により一体的に形成されている。
In the second embodiment of the three-dimensional structure according to the present invention, as shown in FIG. 11 (a), the three-dimensional structure is incorporated in a
具体的には、図11(b)、(c)に示すように、立体造形部10Cは、例えば基底部20の上面からの突出量(容積、突出寸法や形状)が立体造形部10Dに比較して大きく、一方、立体造形部10Dは、例えば基底部20の上面からの突出量が立体造形部10Cに比較して小さい。すなわち、これらの立体造形部10C、10Dは、重量バランスの均衡がとれておらず、重心の偏りが大きい形状を有している。
Specifically, as illustrated in FIGS. 11B and 11C, the three-
また、基底部20は、図11(b)、(c)に示すように、上述した第1の実施形態と同様に、下面側に、当該基底部20の周縁部21を除く略全域に肉薄部となる凹部22が設けられ、当該凹部22内に肉厚部からなるバランス調整部23が設けられている。バランス調整部23は、基底部20及び立体造形部10C、10Dと同一の材料により同時かつ一体的に形成されているとともに、立体造形部10C、10Dの突出量の違いに起因する重心の偏りを相殺又は軽減するように、その設置位置や平面的な広がり(面積や平面形状)、厚み等が設定されている。
Further, as shown in FIGS. 11B and 11C, the
そして、このような本実施形態に係る3次元造形物は、上述した第1の実施形態と同様の3次元造形方法を用いて形成される。特に、本実施形態においては、3次元データ準備工程(S101)において、次のようなバランス判断ステップ(S112)と、バランス調整ステップ(S113)が実行される。 And such a three-dimensional structure according to the present embodiment is formed using the same three-dimensional structure forming method as in the first embodiment described above. In particular, in the present embodiment, the following balance determination step (S112) and balance adjustment step (S113) are executed in the three-dimensional data preparation step (S101).
まず、バランス判断ステップ(S112)においては、造形の対象となる3次元造形物の3次元CADデータに基づいて算出された3次元造形物全体の重心位置が、当該3次元造形物を額装して壁面等の垂直面に吊下した場合に、額縁30(又は、矩形状を有する基底部20)の上辺又は下辺が略水平を保持し、傾くことなく展示することができる位置又は範囲内にあるか否かを判断する。 First, in the balance determination step (S112), the center of gravity position of the entire three-dimensional structure calculated based on the three-dimensional CAD data of the three-dimensional structure to be modeled includes the three-dimensional structure. When suspended from a vertical surface such as a wall surface, the upper side or the lower side of the frame 30 (or the base 20 having a rectangular shape) is substantially horizontal and is in a position or range that can be displayed without tilting. Determine whether or not.
具体的には、まず、図12(a)に示すように、3次元造形物を基底部20の上面側(立体造形部10C、10Dが形成された面側)から平面視した場合に、矩形状(長方形状)を有する基底部20の上辺又は下辺に対して直交し、かつ、当該3次元造形物を組み込んだ額縁30を壁面等の設置面VLに吊下するための吊下点Pfを通過する基準線CL上(又は、その極近傍)に、上記重心位置Pcが存在するか否かを判断する。そして、当該重心位置Pcが当該基準線CL(又は、その極近傍)から離間した位置に存在する場合には、基準線CLの左側及び右側での重量が不均衡となり、重心の偏りにより額装された3次元造形物全体が傾いたり、あるいは、垂直面からなる設置面VLからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。ここで、3次元造形物を組み込んだ額縁30を壁面等の設置面VLに吊下した場合、矩形状を有する基底部20(又は、額縁30)の上辺又は下辺は水平方向(換言すると、左右の傾き;図14参照)の基準となり、基準線CLは吊下点Pfを通る垂直線(換言すると、重力方向の線)に対応する。
Specifically, as shown in FIG. 12A, first, when a three-dimensional structure is viewed in plan from the upper surface side of the base portion 20 (the surface side on which the three-
なお、矩形状の基底部20を有する3次元造形物を組み込む額縁30を、一点の吊下点Pfにより壁面等の設置面VLに吊下する場合には、一般に、吊下点Pfは、額縁30又は基底部20の水平方向(図面左右方向)の中心線上に設けられ、基準線CL=中心線の関係となる。また、上記額縁30を、複数点の吊下点(例えば二点)により設置面に吊下する場合には、例えば、上記と同様にして規定される、各吊下点を通過する基準線のうち、最も離間する基準線間の領域内に、上記重心位置Pcが存在するか否かを判断し、重心位置Pcが当該基準線間の領域外に存在する場合には、額装された3次元造形物全体が傾いたり、設置面VLからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
When the
ここで、本実施形態においては、バランス判断の基準として、3次元造形物の重心位置Pcが額縁30の吊下点Pfを通過する基準線CL上(又は、その極近傍)、あるいは、基準線間の領域内に存在するか否かという点を一例として示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、額装された3次元造形物が傾いたり、設置面VLから浮き上がることなく展示することができるか否かは、各立体造形部10C、10Dの突出形状や配置位置、3次元造形物の重量、3次元造形物が組み込まれた額縁30の吊下点Pfの位置や、設置面VLに接する額縁30背面と当該設置面VLとの摩擦抵抗等、種々の条件の影響を受ける。したがって、額装された3次元造形物が実質的に傾きや浮き上がりを生じることなく展示することができれば、重心位置Pcが上記基準線CL上(又は、その極近傍)や、基準線間の領域内に存在しない場合であってもよい。
Here, in the present embodiment, as a reference for determining the balance, the center of gravity position Pc of the three-dimensional structure is on the reference line CL (or its immediate vicinity) passing through the suspension point Pf of the
次いで、バランス調整ステップ(S113)においては、図12(a)に示したように、上記重心位置Pcが基準線CL(又は、その極近傍)から離間した位置に存在する場合、すなわち、額装された3次元造形物が傾いたり、設置面VLから浮き上がる場合には、図12(b)に示すように、当該重心位置Pcが基準線CL上(又は、その極近傍)に位置する(移動する)ようにバランス調整部23を設ける。ここで、バランス調整部23は、上述した第1の実施形態と同様に、図12(a)に示すように、基底部20の下面側に予め凹部22が設けられている場合には、当該凹部22内であって、かつ、重心位置Pcを移動させる方向側(すなわち、図12(b)の左方側)の領域に、所定の平面的な広がり(面積や平面形状)及び厚みを有する肉厚部を設定する。図11(b)、(c)、図12(b)では、凹部22内の図面左方側の略全域に、矩形状の平面形状を有する肉厚部からなるバランス調整部23を設定した場合を示す。
Next, in the balance adjustment step (S113), as shown in FIG. 12A, when the center of gravity position Pc is present at a position separated from the reference line CL (or the vicinity thereof), that is, framed. When the three-dimensional structure is tilted or is lifted from the installation surface VL, as shown in FIG. 12B, the center-of-gravity position Pc is located on (or moves to) the reference line CL. ) Is provided as shown in FIG. Here, as in the first embodiment described above, the
一方、基底部20の下面側に凹部22が設けられていない場合には、図11、図12(b)に示すように、当該下面側の周縁部21を除く略全域に肉薄部となる凹部22を設定し、さらに、当該凹部22内であって、かつ、重心位置Pcを移動させる方向側(図面左方側)の領域に、所定の平面的な広がり(面積や平面形状)及び厚みを有する肉厚部からなるバランス調整部23を設定する。
On the other hand, when the
このバランス調整部23の形状を規定する平面的な広がり及び厚みは、図12(b)に示したように、基準線CL(又は、その極近傍)から離間する位置に存在する重心位置Pcを、当該基準線CL上(又は、その極近傍)に位置するように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、3次元造形物は吊下時に傾きや浮き上がりが生じる状態から、水平を保持し浮き上がりのない状態に重量バランスが調整される。また、バランス調整部23を基底部20の下面側の凹部22内に設けることにより、基底部20の上面に立体造形部10C、10Dが設けられた3次元造形物の外観に影響を与えることがない。また、バランス調整部23の厚みを、凹部22の深さと同等、もしくは、それ以下に設定することにより、基底部20が額縁30に良好に組み込まれる。
As shown in FIG. 12B, the planar spread and thickness that defines the shape of the
そして、本実施形態においては、次のような作用効果が得られる。
図13は、本実施形態に係る3次元造形物の作用効果を説明するための第2の比較対象例を示す概略構成図である。図13(a)は、第2の比較対象例を示す斜視図であり、図13(b)は、第2の比較対象例における重心位置を説明するための概念図であり、図13(c)は、図13(a)に示す3次元造形物におけるXIIIC−XIIIC線(本明細書においては図13(a)中に示したローマ数字の「13」に対応する記号として便宜的に「XIII」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。図14は、第2の比較対象例における重心位置と展示状態を説明するための概念図である。ここでは、説明を簡便にするために、本実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。
And in this embodiment, the following effects are obtained.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating a second comparison target example for explaining the operational effect of the three-dimensional structure according to the present embodiment. FIG. 13A is a perspective view showing a second comparison target example, and FIG. 13B is a conceptual diagram for explaining the position of the center of gravity in the second comparison target example. ) Is the XIIIC-XIIIC line in the three-dimensional structure shown in FIG. 13A (in this specification, for convenience, “XIII” is a symbol corresponding to the Roman numeral “13” shown in FIG. 13A). Is a schematic cross-sectional view showing a cross-sectional structure along the line. FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining the position of the center of gravity and the display state in the second comparative example. Here, in order to simplify the description, the same components as those in the present embodiment will be described with the same reference numerals.
例えば図13(a)に示すように、上述した本実施形態と同等の外観を有する3次元造形物(第2の比較対象例)において、基底部20Pの下面側に凹部が設けられておらず、上面及び下面が均一な平行な平面からなる場合や、図12(a)に示したように、基底部20の下面側に凹部22のみが設けられている場合について検証する。この場合、3次元造形物を基底部20、20Pの上面側から平面視した場合の重心位置Pcが、図12(a)、図13(b)に示すように、基準線CL(又は、その極近傍)から離間する位置に存在すると、図14に示すように、重心の偏りにより額装された3次元造形物が水平を保持できず傾いたり、あるいは、壁面等の設置面VLから浮き上がる等の問題が生じる可能性がある。
For example, as shown in FIG. 13A, in the three-dimensional structure (second comparative example) having the same appearance as the above-described embodiment, no recess is provided on the lower surface side of the
これに対して、本実施形態においては、図11に示したように、3次元造形物の基底部20の下面側に設けられた凹部22内に肉厚部からなるバランス調整部23を設けて、図12(b)に示したように、3次元造形物全体の重心位置Pcを基準線CL上(又は、その極近傍)に位置するように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、額装された3次元造形物を壁面等の設置面VLに、基準線CL上の吊下点Pfで吊下して展示又は掲示した場合であっても、額縁30の水平が保持されて、傾きや設置面VLからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、3次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、3次元造形方法において、3次元CADデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the
なお、本実施形態においても、上述した第1の実施形態の他の構成例に示したように、基底部の下面側に、重心位置Pcを上記基準線CL上(又は、その極近傍)に移動させるための、バランス調整用の凹部22のみを重心位置Pcが存在する側(図面右方側)に設けるようにしたものであってもよい。
Also in this embodiment, as shown in the other configuration example of the first embodiment described above, the center of gravity position Pc is on the reference line CL (or in the vicinity thereof) on the lower surface side of the base portion. Only the
<第3の実施形態>
次に、本発明に係る3次元造形方法の第3の実施形態について説明する。
上述した第1及び第2の実施形態においては、図1、図11に示したように、3次元造形物の基底部の下面側に凹部を設け、その内部に肉厚部からなるバランス調整部を設けた構成、あるいは、当該下面側にバランス調整用の凹部のみを設けた構成について説明した。第3の実施形態においては、基底部の上面側に設けられる立体造形部の内部に、バランス調整用の中空部を設けた構成を有している。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the three-dimensional modeling method according to the present invention will be described.
In the first and second embodiments described above, as shown in FIGS. 1 and 11, a recess is provided on the lower surface side of the base portion of the three-dimensional structure, and a balance adjustment unit including a thick portion therein. In the above description, a configuration in which only the concave portion for balance adjustment is provided on the lower surface side has been described. In 3rd Embodiment, it has the structure which provided the hollow part for balance adjustment inside the solid modeling part provided in the upper surface side of a base part.
図15は、本発明に係る3次元造形方法の第3の実施形態を示す概略構成図である。図15(a)は、本実施形態に係る3次元造形物の概略構成を示す斜視図であり、図15(b)は、図15(a)に示す3次元造形物におけるXVB−XVB線(本明細書においては図15(a)中に示したローマ数字の「15」に対応する記号として便宜的に「XV」を用いる。)に沿った断面構造を示す概略断面図である。図16は、本実施形態に係る3次元造形物におけるバランス調整方法を説明するための概念図である。なお、上述した第1の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して説明する。 FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the three-dimensional modeling method according to the present invention. Fig.15 (a) is a perspective view which shows schematic structure of the three-dimensional structure based on this embodiment, FIG.15 (b) is the XVB-XVB line | wire (3V in the three-dimensional structure shown to Fig.15 (a) ( In this specification, “XV” is used as a symbol corresponding to the Roman numeral “15” shown in FIG. 15A for the sake of convenience.) FIG. FIG. 16 is a conceptual diagram for explaining a balance adjustment method in the three-dimensional structure according to the present embodiment. In addition, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.
本発明に係る3次元造形物の第3の実施形態は、図15(a)に示すように、上述した第1の実施形態と同等の外観を有し、例えば図15(a)、(b)に示すように、矩形状の平板構造を有する基底部20の図面上面側(一面側)に設けられる立体造形部10A、10Bのうち、立体造形部10Aの内部に、中空部24が設けられている。ここで、立体造形部10Aは、基底部20の上面からの突出量(容積、突出寸法や形状)が立体造形部10Bに比較して大きい。
As shown in FIG. 15A, the third embodiment of the three-dimensional structure according to the present invention has the same appearance as the first embodiment described above. For example, FIGS. ), The
また、基底部20には、上面側に設けられた立体造形部10Aの中空部24と、当該基底部20の下面側とを連通する凹状の連通部25が設けられている。すなわち、図15(b)に示すように、立体造形部10Aの中空部24は、連通部25を介して基底部20の下面側に開放されている。ここで、中空部24及びバランス調整部23は、上述した各実施形態と同様に、立体造形部10A、10Bの突出量の違いに起因する重心の偏りを相殺又は軽減するように、その設置位置や形状(容積や断面形状)等が設定されている。
Further, the
そして、このような本実施形態に係る3次元造形物は、上述した第1の実施形態と同様の3次元造形方法を用いて形成される。特に、本実施形態においては、3次元データ準備工程(S101)において、次のようなバランス調整ステップ(S113)が実行される。 And such a three-dimensional structure according to the present embodiment is formed using the same three-dimensional structure forming method as in the first embodiment described above. In particular, in the present embodiment, the following balance adjustment step (S113) is executed in the three-dimensional data preparation step (S101).
まず、バランス判断ステップ(S112)においては、上述した第1の実施形態と同様に、3次元CADデータに基づいて算出された3次元造形物全体の重心位置が、基底部20に対応する領域内に存在するか否かを判断し、重心位置が当該領域外に存在する場合には、重心の偏りにより3次元造形物全体が転倒や、設置面HLからの浮き上がり等を生じる可能性があると判断する。
First, in the balance determination step (S112), the center of gravity position of the entire three-dimensional structure calculated based on the three-dimensional CAD data is within the region corresponding to the
次いで、バランス調整ステップ(S113)においては、図16に示すように、上記重心位置Pcが基底部20に対応する領域外に存在する場合には、図15(a)、(b)に示すように、当該重心位置Pcが基底部20に対応する領域内に入る(移動させる)ように立体造形部10Aの内部に中空部24を設ける。ここで、中空部24は、立体造形部10Aの内部に、当該立体造形部10Aの延在方向に沿って、所定の肉厚を残して所定の形状及び容積を有するように設定される。また、中空部24は、積層造形工程において粉末積層法を用いて3次元造形物を形成する場合には、粉末除去・取出工程において当該中空部24内の粉末材料を排出するために、基底部20に設けられた連通部25によりの当該中空部24と基底部20の下面側とが連通されている。中空部24は、上述した積層造形工程(S103)において、立体造形部10A、10Bと同時かつ一体的に形成され、連通部25は、基底部20と同時かつ一体的に形成される。
Next, in the balance adjustment step (S113), as shown in FIG. 16, when the center of gravity position Pc is outside the region corresponding to the
この中空部24の形状を規定する延在方向や肉厚、容積は、図16に示したように、基底部20に対応する領域外に存在する重心位置Pcを、当該領域内に入るように移動させるために適切な数値に設定される。これにより、3次元造形物は自立不可能な状態から自立可能な状態に重量バランスが調整される。
As shown in FIG. 16, the extending direction, thickness, and volume that define the shape of the
このように、本実施形態においては、図15に示したように、3次元造形物に設けられる立体造形部のうち、突出量が大きく、重量バランスが不均衡となっている形状を有する立体造形部10Aの内部に、中空部24を設けて、図16に示したように、3次元造形物全体の重心位置Pcを当該基底部20に対応する領域内に入るように移動させることにより、重心の偏りを相殺又は軽減することができる。したがって、上述した第1の実施形態と同様に、3次元造形物の転倒や傾き、設置面HLからの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。また、このとき、3次元造形物の外観に変更を与えることがなく、さらに、3次元造形方法において、3次元CADデータを修正する処理のみを行えばよく、積層造形工程の変更を必要としないという特長を有している。
Thus, in this embodiment, as shown in FIG. 15, among the three-dimensional structure provided in the three-dimensional structure, the three-dimensional structure having a shape in which the protruding amount is large and the weight balance is unbalanced. The
なお、本実施形態においては、上述した第1の実施形態に示した3次元造形物に、本実施形態に係る構成を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した第2の実施形態示した3次元造形物に適用するものであってもよい。また、本実施形態に示した中空部24に加え、基底部20の下面側に、上述した第1及び第2の実施形態に示した凹部22やバランス調整部23をさらに有するものであってもよい。
In addition, in this embodiment, although the case where the structure which concerns on this embodiment was applied to the three-dimensional structure shown in 1st Embodiment mentioned above was demonstrated, this invention is not limited to this. It may be applied to the three-dimensional structure shown in the second embodiment described above. Further, in addition to the
(3次元造形装置)
次に、上述したような3次元造形方法を実現可能な3次元造形装置について簡単に説明する。ここでは、上述した3次元造形方法に適用した粉末積層法に対応した3次元造形装置を示す。
(3D modeling equipment)
Next, a 3D modeling apparatus capable of realizing the 3D modeling method as described above will be briefly described. Here, a three-dimensional modeling apparatus corresponding to the powder lamination method applied to the above-described three-dimensional modeling method is shown.
図17は、本発明に係る3次元造形方法を実現可能な3次元造形装置の一例を示す概略構成図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については同一の符号を付して説明する。 FIG. 17 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a three-dimensional modeling apparatus capable of realizing the three-dimensional modeling method according to the present invention. Here, components equivalent to those in the above-described embodiments will be described with the same reference numerals.
上述した3次元造形方法(図2参照)に示した3次元データ準備工程(S101)と、階層データ生成工程(S102)と、積層造形工程(S103)と、粉末除去・取出工程(S104)は、図17に示すような3次元造形装置100により実行することができる。
The three-dimensional data preparation process (S101), the hierarchical data generation process (S102), the layered modeling process (S103), and the powder removal / removal process (S104) shown in the above-described three-dimensional modeling method (see FIG. 2) The three-
3次元造形装置100は、例えば図17に示すように、概略、造形ステージ110と、バインダ吐出部120と、走査機構部130と、粉末材料供給部140と、制御部150と、データ処理部160と、を有している。
For example, as shown in FIG. 17, the three-
造形ステージ110は、上述した一連の3次元造形方法において、3次元造形物を形成する際の基準面となる上面を有し、積層造形工程(S103)を実行することにより、当該上面に粉末材料層が順次積層されるとともに、当該粉末材料層中に、修正された3次元CADデータに基づく3次元造形物(立体造形部10A、10B及び基底部20)が形成される。また、造形ステージ110は、例えば、図示を省略した昇降機構を備え、造形ステージ110の上面に積層形成される各粉末材料層の上面の高さが常に一定になるように、造形ステージ110の上下方向(Z方向)の位置が制御される。
The
バインダ吐出部120は、インクジェットプリンタに用いられるプリンタヘッドと同様に、バインダを微小な液滴として吐出する吐出機構を備えている。バインダ吐出部120は、積層造形工程(S103)の結合体形成ステップ(SS212)において、走査機構部130により、造形ステージ110の上面に平行な平面(X−Y平面)内でガイドレール131に沿って移動する。これにより、造形ステージ110の上面に形成された各階層の粉末材料層の、3次元造形物(立体造形部10A、10B及び基底部20)の階層データに対応する領域に、バインダを吐出して硬化させる。
The
粉末材料供給部140は、粉末材料が貯留され、積層造形工程(S103)の粉末材料層形成ステップ(S211)において、造形ステージ110の上面に粉末材料を薄くかつ均一に拡げて、所定の厚みの1層分の粉末材料層を形成する。
The powder
制御部150は、少なくとも、上記の造形ステージ110、バインダ吐出部120、走査機構部130及び粉末材料供給部140における各動作を制御する。具体的には、積層造形工程(S103)において、データ処理部160から供給される3次元造形物の階層データに基づいて、造形ステージ110、バインダ吐出部120、走査機構部130及び粉末材料供給部140の各動作を制御することにより、造形ステージ110上に積層された粉末材料101中に、3次元CADデータに基づく3次元造形物(立体造形部10A、10B及び基底部20)が形成される。また、粉末除去工程(S104)において、造形ステージ110上に積層された未硬化の粉末材料101を排出して除去し、形成された3次元造形物を露出させる。
The
データ処理部160は、例えばコンピュータ等の演算装置からなり、3次元データ準備工程(S101)において、造形の対象となる3次元造形物の3次元CADデータに基づいて、上述した重心位置算出ステップ(S111)、バランス判断ステップ(S112)、バランス調整ステップ(S113)及び3次元データ修正ステップ(S114)からなる一連の処理を実行する。これらの処理は、データ処理部160に組み込まれたプログラムにより実行される。これにより、3次元造形物全体の重心位置が算出されて、その重心位置が3次元造形物の中央部からずれることによって生じる重量バランスの不均衡が改善されるように、バランス調整部が設定される。そして、この設定内容に応じて3次元CADデータが修正される。
The
また、データ処理部160は、階層データ生成工程(S102)において、上記の修正された3次元CADデータに基づいて、当該3次元造形物を複数層に輪切りにした(分割した)場合の階層データを生成する。このようにして生成された3次元造形物(立体造形部10A、10B及び基底部20)の階層データは、制御部150に送出されて、積層造形工程(S103)において使用される。
Further, the
このような構成を有する3次元造形装置100において、上述した第1〜第3の実施形態に示した3次元造形方法を実行することにより、造形ステージ110上に積層された粉末材料101中に、立体造形部10A、10B(又は10C、10D)及び基底部20からなる3次元造形物が形成される。
In the three-
これにより、3次元造形物全体の重心位置を調整して、重心の偏りを相殺又は軽減することができるので、3次元造形物を展示や陳列する際に、転倒や傾き、設置面からの浮き上がりを抑制して、簡易に所望の展示状態を実現することができる。 As a result, the position of the center of gravity of the entire three-dimensional structure can be adjusted to offset or reduce the bias of the center of gravity, so that when the three-dimensional structure is displayed or displayed, it falls over, tilts, or rises from the installation surface. It is possible to easily achieve a desired display state.
なお、上述した各実施形態においては、粉末積層法を用いた積層造形工程(S103)において、3次元造形物の階層データに基づいて、各階層の粉末材料に対してバインダを吐出して硬化させる工程を繰り返すことにより、3次元造形物(立体造形部10A、10B及び基底部20)を積層形成する場合について説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、例えば粉末材料として、光硬化性樹脂粉末を用いて、3次元造形物の階層データに対応する領域に、所定の波長のレーザー光を照射することにより光硬化性樹脂粉末を選択的に焼結して硬化させる工程を繰り返して、立体造形部及び基底部を積層形成するものであってもよい。
In each of the above-described embodiments, in the additive manufacturing process (S103) using the powder stacking method, based on the hierarchical data of the three-dimensional structure, a binder is discharged and cured on the powder material of each layer. The case where a three-dimensional structure (three-dimensional model | molding
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲を含むものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It includes the invention described in the claim, and its equivalent range.
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
(付記)
請求項1に記載の発明は、
3次元造形物において、
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする3次元造形物である。
(Appendix)
The invention described in
In 3D objects,
One side is a flat base, and
A three-dimensional structure formed integrally with the same material as the base on the one surface side of the base,
A balance adjusting portion provided on the other surface side of the base portion which is the installation surface side;
Have
The balance adjusting unit is configured such that the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base is compared with the case where the balance adjusting unit is not provided. It is a three-dimensional structure that is set so as to approach the center of the base.
請求項2に記載の発明は、
前記基底部の前記他面側には周縁部が設けられ、前記バランス調整部は、前記設置面に対して前記周縁部より突出していないことを特徴とする請求項1記載の3次元造形物である。
The invention described in
The three-dimensional structure according to
請求項3に記載の発明は、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記他面側に設けられた凹部内に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の3次元造形物である。
The invention according to
3. The three-dimensional structure according to
請求項4に記載の発明は、
前記3次元造形物は、前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記3次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記3次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部が設定されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の3次元造形物である。
The invention according to
When the three-dimensional structure is not provided with the balance adjustment unit, the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion is When the balance adjusting part is provided without being positioned on a vertical line passing through a suspension point when the three-dimensional structure is suspended from the installation surface, the three-dimensional structure is formed from the one surface side of the base portion. The balance adjusting unit is positioned so that the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the object is viewed in plan is located on a vertical line passing through a suspension point when the three-dimensional structure is suspended from the installation surface. The three-dimensional structure according to any one of
請求項5に記載の発明は、
前記立体造形部は、内部に中空部が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の3次元造形物である。
The invention described in
The three-dimensional structure is a three-dimensional structure according to any one of
請求項6に記載の発明は、
3次元造形方法において、
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする3次元造形方法である。
The invention described in
In the 3D modeling method,
The one surface side forms a flat plate-like base portion, and the three-dimensional modeling portion of the same material as the base portion on the one surface side of the base portion,
On the other surface side of the base portion that is the installation surface side, a position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion is provided with a balance adjustment unit. The three-dimensional modeling method is characterized in that the balance adjusting portion is formed so as to be closer to the center portion of the base portion than in the case where the base portion is not.
請求項7に記載の発明は、
前記バランス調整部が設けられていない場合に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記3次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置せず、前記バランス調整部が設けられている場合に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記3次元造形物を前記設置面に吊下する際の吊下点を通る垂直線上に位置するよう、前記バランス調整部を形成することを特徴とする請求項6記載の3次元造形方法である。
The invention described in claim 7
When the balance adjusting unit is not provided, the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion is the installation position of the three-dimensional structure. When the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion when the balance adjustment portion is provided without being positioned on the vertical line passing through the suspension point when hanging on the surface. The balance adjusting unit is formed so that the position of the center of gravity of the three-dimensional structure is located on a vertical line passing through a suspension point when the three-dimensional structure is suspended from the installation surface. The three-dimensional modeling method according to
10A〜10D 立体造形部
11−1〜11−E 粉末材料層
20 基底部
21 周縁部
22 凹部
23 バランス調整部
24 中空部
25 連通部
30 額縁
100 3次元造形装置
101 粉末材料
110 造形ステージ
120 バインダ吐出部
130 走査機構部
140 粉末材料供給部
150 制御部
160 データ処理部
HL、VL 設置面
Pc 重心位置
Pf 吊下点
CL 基準線
10A to 10D 3D modeling part 11-1 to 11-E
Claims (7)
一面側が平板状の基底部と、
前記基底部の前記一面側に、前記基底部と同一の材料により一体的に形成された立体造形部と、
設置面側である前記基底部の他面側に設けられたバランス調整部と、
を有し、
前記バランス調整部は、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、前記バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう設定されていることを特徴とする3次元造形物。 In 3D objects,
One side is a flat base, and
A three-dimensional structure formed integrally with the same material as the base on the one surface side of the base,
A balance adjusting portion provided on the other surface side of the base portion which is the installation surface side;
Have
The balance adjusting unit is configured such that the position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base is compared with the case where the balance adjusting unit is not provided. A three-dimensional structure characterized by being set to approach the center of the base.
一面側が平板状の基底部と、前記基底部の前記一面側に前記基底部と同一の材料の立体造形部と、を形成し、
設置面側である前記基底部の他面側に、前記基底部の前記一面側から前記3次元造形物を平面視したときの前記3次元造形物の重心の位置が、バランス調整部が設けられていない場合に比べて前記基底部の中央部に近づくよう前記バランス調整部を形成することを特徴とする3次元造形方法。 In the 3D modeling method,
The one surface side forms a flat plate-like base portion, and the three-dimensional modeling portion of the same material as the base portion on the one surface side of the base portion,
On the other surface side of the base portion that is the installation surface side, a position of the center of gravity of the three-dimensional structure when the three-dimensional structure is viewed in plan from the one surface side of the base portion is provided with a balance adjustment unit. Compared with the case where it is not, the said balance adjustment part is formed so that the center part of the said base part may be approached, The three-dimensional modeling method characterized by the above-mentioned.
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